DE4001362A1 - Vorrichtung zum ueberwachen des zuendzeitpunkts einer brennkraftmaschine mit mehreren zylindern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung des Zünd­ zeitpunkts in einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, wobei der Zylinderinnendruck verwendet wird.

Es sind bereits Vorrichtungen zum elektronischen Überwachen des Zündzeitpunkts von Benzin-Brennkraftmaschine für Automobile be­ kannt, welche dazu dienen sollen, die Leistung, das Reaktions­ verhalten und die Abgaswerte zu verbessern. In der Praxis verwen­ den diese Vorrichtungen das Ausgangssignal eines Luftmassensensors oder den Druck innerhalb des Luftansaugkanals als Information betreffend die Maschinenlast, um den Zündzeitpunkt zu berechnen. Von den beiden genannten Systemen weist das System mit dem Luft­ massensensor hohe Meßgenauigkeit auf, ist jedoch teuer. Dasjenige System, bei dem der Ansaugdruck erfaßt wird, ist demgegenüber relativ preisgünstig. Die Meßgenauigkeit ist jedoch geringer als bei dem System mit dem Luftmassensensor.

Fig. 7 zeigt ein herkömmliches System, bei dem der Ansaugdruck erfaßt wird. Eine Drosselklappe 3 befindet sich in dem Luftansaug­ kanal 2 einer Brennkraftmaschine 1. Stromabwärts von der Dros­ selklappe 3 befindet sich ein Schwallraum 2 a mit einem Drucksensor 4. Auf dem Luftansaugkanal 2 ist ein Einspritzer 5 angebracht, welcher Kraftstoff in Richtung einer Brennkammer 12 einspritzt. Stromaufwärts davon befindet sich ein Temperatursensor 6 für die Temperatur der Ansaugluft in dem Luftansaugkanal 2. Auf der Brenn­ kammer 12 ist eine Zündkerze 7 angebracht, welche über einen Verteiler 8 mit einer Zündspule 9 verbunden ist. Die Zündspule 9 und der Einspritzer 5 werden mittels einer Computereinheit 11 überwacht. Ein Wassertemperatursensor 13 erfaßt die Temperatur einer Kühlflüssigkeit für die Brennkraftmaschine 1. Ein Rotations­ sensor 14 nimmt das Rotationssignal der Brennkraftmaschine 1 auf.

Das Signal des Drucksensors 4 dient als Parameter betreffend die in die Brennkammer 12 geladene Luftmenge. Dieses Signal wird mittels des Signals des Temperatursensors 6 für die angesaugte Luft korrigiert. Der Korrekturfaktor, welcher in Bezug auf die Ladeeffizienz ermittelt wird, welche mit der Maschinendrehzahl und der Maschinenlast variiert, ist in einem Lesespeicher (ROM) zur Verwendung als Maschinenlast gespeichert. Der Zündzeitpunkt wird auf der Grundlage eines Tabellenwertes bestimmt, welcher auf die genannte Maschinenlast und die Maschinendrehzahl bezogen ist, und es wird ein Zündsignal an die Zündspule 9 gegeben.

Bei dem herkömmlichen preisgünstigen System mit Erfassung des Ansaugdrucks wird die Menge der in die Brennkammer 12 geladenen Luft indirekt auf der Grundlage des Ansaugdruckes erfaßt, so daß dann, wenn sich die Ladeeffizienz infolge der Betriebsdauer der Einlaß- und Auslaßventile und wegen der Maschinendrehzahl ändert, die Genauigkeit der Erfassung der Luftmenge und/oder der Maschi­ nenlast sehr gering ist. Hinzu kommt, daß der Betrieb des Einlaß­ ventiles pulsförmige Erscheinungen innerhalb des Einlaßkanals 2 entstehen läßt, so daß eine Zeitverzögerung bei der Ermittlung des Durchschnitts der erfaßten Signale auftritt, was sich negativ auf das Reaktionsverhalten auswirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Überwachen des Zündzeitpunkts einer Brennkraftmaschine zu liefern, bei der keine Verzögerung der Reaktion wegen der Durchschnitt­ bildung aus den erfaßten Signalen nötig ist und die dazu in der Lage ist, die in die Brennkammer geladene Luftmenge und/oder die Maschinenlast mit großer Genauigkeit zu erfassen, woraus eine genaue Zündzeitpunktsbestimmmung resultiert.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.

Nachstehend ist die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbei­ spiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mit weiteren Einzel­ heiten näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Überwachen des Zündzeitpunkts einer Brenn­ kraftmaschine nach einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer für die Vorrichtung nach Fig. 1 bevorzugten Computereinheit;

Fig. 3 die Kennlinie eines bevorzugten Zylinderdruck­ sensors für die Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 4 eine chronologische Darstellung des Betriebs der Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 5 eine Tabelle von Zündzeitpunkten zur Verwendung in der Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 6 ein Flußdiagramm des Betriebs der Vorrichtung nach Fig. 1; und

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Vorrichtung zum Überwachen des Zündzeitpunkts einer Brennkraftmaschine.

Gemäß Fig. 1 befindet sich in dem Einlaßkanal 2 einer Brenn­ kraftmaschine 1 eine Drosselklappe 3 zum Regulieren der Ansaug­ luftmenge. Stromabwärts davon ist ein Einspritzer 5 zum Ein­ spritzen von Kraftstoff in eine Brennkammer 12 angebracht. Ein Temperatursensor 6 für die Ansaugluft ist zwischen der Drossel­ klappe 3 und dem Einspritzer 5 auf dem Einlaßkanal 2 angebracht. Er dient zum Erfassen der Temperatur der angesaugten Luft. Auf der Brennkammer 12 ist eine Zündkerze 7 angebracht. Die Zündkerze 7 ist über einen Verteiler 8 mit einer Zündspule 9 verbunden. Auf der Brennkammer 12 eines jeden Zylinders ist ein Zylinderdruck­ sensor 10 angebracht, mit Hilfe dessen der Druck innerhalb des Zylinders erfaßt wird. Auf dem Verteiler 8 befindet sich ein Rotationssensor 14, um das Rotationssignal von der Brennkraft­ maschine 1 aufzunehmen. Die Ausgangssignale des Zylinderdruck­ sensors 10 und des Rotationssensors 14 werden an eine Computerein­ heit 11 gegeben, um die Zündspule 9 und den Einspritzer 5 zu überwachen.

Gemäß Fig. 2 umfaßt die Computereinheit 11 einen Mikroprozessor 100, einen A/D-Wandler 101 zum Wandeln eines analogen in ein digitales Signal und zum Abgeben der Daten an den Mikroprozessor 100, eine Eingabeschaltung 102 zum Formen der Wellenform eines Pulssignales, einen Schreibe-/Lese-Speicher (RAM) 103, einen Lesespeicher (ROM) 104, in dem das von dem Mikroprozessor auszu­ führende Überwachungsprogramm gespeichert ist, und eine Ausgabe­ schaltung 105 zum Abgeben eines Überwachungssignals an die Zünd­ spule 9.

Der Zylinderdrucksensor 10 kann beispielsweise von einem Halblei­ tersensor mit einem piezoelektrischen Widerstand gebildet sein, der genauso arbeitet wie der herkömmliche Ansaugdrucksensor. Die Kennlinie des Zylinderdrucksensors 10 ist in Fig. 3 gezeigt. Die Ausgangsspannung steigt proportional zum Zylinderinnendruck.

Nachstehend ist der Betrieb der Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 6 erläutert.

In Fig. 4 ist gezeigt, wie der Zylinderdrucksensor 10 abgelesen wird. Ein Zylinderbenennungssignal und ein Kurbelwinkelsignal werden von dem Rotationssensor 14 auf dem Verteiler 8 aufgenommen. Da der Verteiler 8 von der Kurbelwelle (nicht gezeigt) der Brenn­ kraftmaschine 1 betrieben wird, ist es möglich, sowohl das Zylin­ derbenennungssignal als auch das Kurbelwinkelsignal durch Anbrin­ gen eines Paares Sensoren auf dem Verteiler 8 aufzunehmen. Die erforderliche Auflösung des Kurbelwinkels beträgt etwa 1 Grad, so daß ein Sensor mit hoher Genauigkeit, bestehend aus einem herkömm­ lichen Fotounterbrecher und einer Schlitzblendenplatte verwendet werden muß.

Der Mikroprozessor 100 der Computereinheit 11 zählt Pulse des Kurbelwinkelsignales in Bezug auf das Zylinderbenennungssignal, welches am unteren Totpunkt (BDC) des Kompressionshubes erzeugt wird, und entscheidet, ob die Pulszahl einen vorbestimmten Kurbel­ winkel R _o erreicht (Schritt 100 in Fig. 6). Sobald die Pulszahl den vorbestimmen Kurbelwinkel R _o erreicht hat, nimmt die Computer­ einheit den Zylinderdruck P _c von dem Zylinderdrucksensor 10 und speichert diesen in dem RAM 103 oder in seinem Register (Schritt 101). Dann nimmt die Computereinheit die von dem Temperatursensor 6 erfaßte Temperatur der Ansaugluft und speichert diese (Schritt 102). Dann multipliziert die Computereinheit den Zylinderdruck P _c mit einem Korrekturfaktor C _at für die Lufttemperatur, welcher von der mittels des Temperatursensors 6 für die angesaugte Luft er­ faßten Temperatur abhängt, um eine Luftdichte zu ermitteln, welche dann mit dem Zylindervolumen V(R _o) bei dem genannten Kurbelwinkel R _o multipliziert wird, um diejenige Luftmenge _a zu erhalten, die in den Zylinder geladen worden ist (Schritt 103).

Die Maschinendrehzahl N _e wird dann aus der Periode der von dem Rotationssensor 14 abgegebenen Pulse errechnet (Schritt 104). Die Zylinderluftmenge Q _a wird dann mit einem Ladekorrekturfaktor K _o (N _e , P _c ) multipliziert, der von der Maschinendrehzahl N _e und dem Zylinderinnendruck P _c abhängt, um die wahre Zylinderluftmenge _a zu erhalten (Schritt 105). Diese Korrektur eliminiert den durch die Restabgase hervorgerufenen Fehler, bestimmt durch die Be­ triebsbedingungen der Brennkraftmaschine. Der Zündzeitpunkt wird dann auf der Grundlage der Maschinendrehzahl N _e und der wahren Zylinderluftmenge _a aus der Tabelle nach Fig. 5 ermittelt (Schritt 106). Derjenige Zündzeitpunkt, bei dem die Zündspule ausgeschaltet wird, wird überwacht (Schritt 107). Wenn die Maschi­ nendrehzahl oder die Maschinenlast außerhalb eines Tabellenpunktes liegt, wird der Zündzeitpunkt mittels Interpolation bestimmt.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Zylinderinnen­ druck P _c bei einem Kurbelwinkel R _o genommen, welcher zwischen dem Schließen eines Einlaßventiles und dem unteren Totpunkt im Kom­ pressionshub liegt, um eine Zylinderluftmenge _a oder Lastdaten zu erhalten. Die wahre Zylinderluftmenge _a wird als Maschinenlast für denjenigen Zylinder verwendet, der als nächster gezündet wird, oder für denselben Zylinder in dem nächsten Zündzyklus. Um eine gute Reaktion betreffend Beschleunigung und Abbremsung zu erreichen, sollte die wahre Zylinderluftmenge _a , welche bei einem vorbestimmten Kurbelwinkel erfaßt wird, für den als nächsten zu zündenden Zylinder verwendet werden. Wenn die Lade­ luftmenge von Zylinder zu Zylinder stark schwankt oder bei kon­ stantem Betrieb, sollte die wahre Zylinderluftmenge _a als Last­ information zum Bestimmen des nächsten Zündzeitpunkts in demselben Zylinder verwendet werden.

Die Dichtekorrektur, welche mittels der Durchschnittstemperatur eines Gasgemisches innerhalb des Zylinders bei einem vorbestimmten Kurbelwinkel R _o vorgenommen wird, ist genauer als die Dichtekor­ rektur, welche mittels der Temperatur der angesaugten Luft gemäß vorstehender Darstellung vorgenommen wird. Da jedoch der Tempera­ tursensor innerhalb des Zylinders im Verbrennungstakt hohen Tempe­ raturen ausgesetzt ist, ist es unmöglich, die erforderliche Er­ fassung zu erhalten, was in ungenauen Meßergebnissen betreffend die Temperatur des Gasgemisches resultiert.

Gemäß der Erfindung werden pulsierende Komponenten von Signalen, welche in dem herkömmlichen System mit Erfassung des Ansaugdrucks erzeugt werden, eliminiert, wodurch die Reaktionsverzögerung infolge von Durchschnittsbildung aus den Signalen unterbleibt. Da der Zylinderinnendruck direkt erfaßt wird, ist die Genauigkeit der Erfassung der Maschinenlast größer als bei der Verwendung des Ansaugdruckes.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Überwachen des Zündzeitpunkts einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, gekenn­ zeichnet durch:
einen Zylinderdrucksensor (10) an jedem Zylinder der Brennkraftmaschine (1);
einen Kurbelwinkelsensor (14) zum Erfassen des Kurbel­ winkels,
einen Temperatursensor (6) zum Erfassen der Temperatur der Ansaugluft in einem Einlaßkanal (2),
Druckspeichermittel (103, 104) zum Lesen und Speichern eines Zylinderinnendruckes, der von dem Zylinderdruck­ sensor (10) immer dann abgegeben wird, wenn ein Aus­ gangssignal des Kurbelwinkelsensors (14) einen vorbe­ stimmten Kurbelwinkel (R _o) in einem Kompressionshub erreicht hat,
Lastbestimmungsmittel (100) zum Berechnen der Maschi­ nenlast auf der Grundlage des Zylinderinnendrucks und der Ansauglufttemperatur als Primär-Parameter; und
Bestimmungsmittel (100) zum Bestimmen des Zündzeit­ punkts auf der Grundlage der Maschinendrehzahl (N _e ) und der Maschinenlast für denjenigen Zylinder, der als nächster gezündet werden soll, oder für den nächsten Zündzyklus des aktuellen Zylinders.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinenlast eine Zylinderluftmenge ist, welche durch das Produkt aus dem Zylindervolumen (V(R _o)) bei dem vorbestimmten Kurbelwinkel, dem Zylin­ derinnendruck (P _c ) und der Ansauglufttemperatur be­ stimmt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine wahre Zylinderluftmenge ( _a ) durch Multipli­ zieren der Zylinderluftmenge mit einer Funktion des Zylinderinnendrucks (P _c ) und der von dem Kurbelwinkel­ sensor (14) abgegebenen Maschinendrehzahl (N _e ) bestimmt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wahre Zylinderluftmenge ( _a ) als Maschinenlast verwendet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wahre Zylinderluftmenge ( _a ) als die Maschinen­ last zum Bestimmen eines Zündzeitpunkts des jeweils aktuellen Zylinders verwendet wird.